Evolució Humana, Extinció Dinosaures i Fonaments de la Genètica

Teories de l'Extinció dels Dinosaures

Existeixen 45 hipòtesis interrelacionades sobre l'extinció dels dinosaures. Les 3 principals són:

• Deriva Continental

  Durant el Cretaci, es va completar la separació dels continents. Aquesta transformació de l'eix continental va produir importants canvis climàtics que van portar a l’extinció dels dinosaures.

• Vulcanisme Intens

  Una enorme erupció volcànica a la zona del Decàn va alterar la climatologia i l'ecologia del planeta. Va produir un dens núvol de pols i cendra que va provocar un descens de la temperatura, causant l'extinció. Els gasos tòxics van enverinar l’atmosfera i els oceans, produint escalfament terrestre, pluja àcida i destrucció de la capa d'ozó, permetent que la radiació ultraviolada (RU) afectés animals i plantes.

• Caiguda d’un Meteorit

  Un meteorit de 10 km de diàmetre va impactar sobre la Terra fa 65 milions d'anys (Ma), provocant un hivern nuclear. Això va causar incendis i una disminució de l'oxigen. Després, un dens núvol format per vapor i aigua va impedir el pas dels raigs solars. A causa d'aquest núvol, llacs i espècies del planeta es van congelar i la fotosíntesi es va aturar. Només van poder sobreviure els animals petits; els carnívors i herbívors grans van morir. Posteriorment, la pols va desaparèixer i va sorgir la Terra actual.

El Jaciment d'Atapuerca

Atapuerca és una serra situada a la província de Burgos, a Castella i Lleó. El jaciment es troba a la conjunció dels sistemes muntanyencs de la Serralada Cantàbrica i Ibèrica.

Disciplines de Descobriment i Estudi

• Geologia: Estudia la col·locació i composició dels sediments.
• Paleontologia: Estudia el desenvolupament de la vida a la Terra basant-se en el registre fòssil (evidències conservades en roques).
• Arqueozoologia: Estudia les característiques dels animals d'èpoques passades i l'ús que en feien els humans.
• Arqueobotànica: Identifica espècies concretes i n'extreu informació sobre el clima, la vegetació i el tipus d'alimentació dels nostres avantpassats.

Troballes Clau a Atapuerca

S'han trobat nombrosos utensilis i restes d'animals amb marques d'activitat humana.

Jaciment de la Gran Dolina

• Nivell 6: Mostra de l'Homo antecessor (no és el nostre avantpassat directe, sinó el del Neandertal, i era caníbal).
• Nivell 10: Restes d'Homo heidelbergensis (africans amb un crani tres cops més gran que el nostre).

Definició de Canibalisme

El canibalisme és la pràctica d'alguns humans consistent a alimentar-se d'individus de la mateixa espècie.

Evolució Humana i Hominizació

El Procés d'Hominització

L'hominització és el procés de transformació de l'espècie humana des dels seus avantpassats fins a l'estat actual.

Característiques dels Primats

• Ulls en posició frontal.
• Ungles.
• Visió en color.
• Polze oponible.

Diferències Clau entre Simis i Humans

Els simis són similars entre ells i divergeixen dels humans. Hem evolucionat a partir d'un avantpassat comú més semblant als simis moderns que a nosaltres.

1. Capacitat del cervell: Els humans la tenen molt més gran.
2. Distribució del pèl corporal: Els simis el tenen per tot arreu; nosaltres el tenim situat.
3. Locomoció: La manera de caminar (nosaltres drets, ells corbats).
4. Forma dels canins: Els simis els tenen molt més allargats.
5. Forma de l'arc dentari: Simis en forma de 'U', humans en forma de 'V'.

Canvis Morfològics Essencials

Bipedisme

El bipedisme va causar tres conseqüències principals:

• Va deixar lliures les mans i els braços.
• Va canviar la forma del fèmur, els genolls i el peu.
• La columna, que és rectilínia en els simis, adquireix curvatura en els humans per suportar la part superior del cos.
• Els malucs es fan més amples i el canal del part es fa més estret, llarg i sinuós, dificultant el naixement.

Mans i Polze Oponible

El polze oponible és característic dels primats (braquiació), però l'oposició és més efectiva en els humans per la gran longitud del polze. Això permet agafar amb més precisió i fortalesa, facilitant la manipulació de tota classe d'objectes i eines.

Crani i Rostre

1. El foramen magnum passa de la part posterior a la base del crani.
2. Augment de la capacitat cranial (afavorable per a l'ús i fabricació d'utensilis, la cooperació entre individus i l'alimentació carnívora).
3. Desaparició de la cresta sagital (necessària en dieta herbívora) per unir forts músculs masticadors.
4. Desaparició de l'arc supraciliar.
5. Disminució del prognatisme (aplanament de la cara), que millora la visió estereoscòpica.
6. Transformació de la dentició: el paladar assoleix forma parabòlica i els canins redueixen la mida.

Desenvolupament del Cervell

El cervell dels grans simis creix ràpidament abans del part, però després del naixement la taxa de creixement es fa lenta. Els humans tenen, comparativament, un creixement lent durant el desenvolupament embrionari, però el creixement és molt ràpid durant la infantesa, fins als 5 anys.

Canvis Fisiològics i Psicosocials

• Alimentació: Deixen de ser herbívors i passen a ser omnívors. Gràcies al foc, podem cuinar, eliminant substàncies tòxiques o amargants i fent els aliments més digestibles.
• Aparició del Llenguatge: L'home té cavitat bucal i cordes vocals que permeten articular sons.
• Caràcters Socials: Aparició de caràcters socials complexos.

Origen dels Humans

Els humans es van originar a la Vall del Rift d'Àfrica (Est).

• Australopithecus afarensis: Es va trobar l'esquelet de Lucy el 1974, datat fa 3,6 Ma.
• Petjades de Laetoli: Es van trobar petjades a Laetoli, preservades en la cendra d'un volcà fa 3,7 Ma.

Teoria de la Catàstrofe de Toba

Hi va haver una explosió volcànica i les cendres van tapar el sol, fent que la temperatura baixés 3 °C, provocant un hivern de temperatures molt baixes.

Fonaments de la Genètica i Biologia Molecular

Conceptes Bàsics d'Herència

Els éssers vius són capaços de fer còpies de si mateixos, a diferència de la matèria inerta. Els fills hereten els caràcters dels seus pares, la qual cosa implica que la informació es guarda i es transmet. Les còpies no són idèntiques, i aquesta diversitat és la base de l'evolució i l'adaptació als diferents ambients.

Darwin i Mendel

En la seva teoria de l'evolució, Charles Darwin va proposar que la contínua competència pels recursos del medi selecciona les característiques de les espècies. Darwin pensava en termes d'herència barrejada, suposant que els caràcters dels pares es barrejaven en els fills, però això no és cert.

Avui ho sabem gràcies a Gregor Mendel, que va demostrar que les unitats de l'herència (determinants dels caràcters) no es barregen, sinó que mantenen la seva individualitat. La reaparició en els néts dels caràcters paterns perduts en la primera generació va demostrar que la idea dels caràcters barrejats era falsa.

• Els gens són les unitats de l'herència de Mendel.
• Per cada caràcter hi ha dues versions del gen: la que transmet la mare i la que transmet el pare.
• El 1909, aquest factor hereditari va ser rebatejat com a gen per Wilhelm Johannsen.
• Un gen és una unitat d'informació hereditària que controla un caràcter determinat.

La Cèl·lula i els Cromosomes

La cèl·lula és la unitat fonamental dels organismes vivents. En ella hi ha diferents orgànuls que intervenen en el procés de l'herència:

• Paret Cel·lular: Controla l'intercanvi de substàncies amb l'exterior (aliments, deixalles, etc.).
• Nucli: S'hi troba l'ADN, que dirigeix la síntesi de proteïnes i el mecanisme de l'herència.
• Citoplasma: S'hi troben diversos orgànuls (ribosomes, cloroplasts, mitocondris, lisosomes...).

Walther Flemming va descobrir en els nuclis de les cèl·lules una substància que va anomenar cromatina. Durant la divisió cel·lular (mitosi), la cromatina es condensa en filaments que després van ser anomenats cromosomes.

Cariotip i Cromosomes Homòlegs

El cariotip és l'ordenament dels cromosomes d'una cèl·lula en divisió segons la seva morfologia (mida, situació del centròmer...). El cariotip és característic de cada espècie. L'ésser humà té 46 cromosomes (23 parelles).

Els cromosomes homòlegs són els dos cromosomes d'un mateix parell. Un prové de la mare i l'altre del pare, i porten informació per als mateixos caràcters.

Walter Sutton va observar que en les cèl·lules sexuals de la llagosta, els cromosomes apareixien en un sol joc, mentre que a la resta de cèl·lules ho feien per parelles. Les cèl·lules somàtiques tenen 23 parells de cromosomes, menys les sexuals, que en tenen la meitat.

El gen ha de ser un tros de cromosoma, ja que hi ha més gens que cromosomes. En els cromosomes és on s'emmagatzema la informació que es transmet de pares a fills.

L'ADN: Estructura i Funció

L'experiment de Frederick Griffith va demostrar que el "principi transformant" era l'ADN, ja que no es destrueix amb la calor com les proteïnes i porta la informació necessària. Això va concloure que l'ADN és la molècula que emmagatzema la informació genètica.

Què és l'ADN?

L'Àcid Desoxiribonucleic (ADN) està constituït per dues cadenes d'un elevat nombre de compostos químics anomenats nucleòtids. Cada nucleòtid és un acoblament de tres components:

1. Una base nitrogenada (Adenina, Timina, Guanina i Citosina).
2. Un sucre (desoxiribosa).
3. Un àcid fosfòric.

El Model de la Doble Hèlix

James Watson i Francis Crick van proposar el model de la doble hèlix basant-se en dues línies d'evidència:

• Les radiografies obtingudes per Rosalind Franklin i Maurice Wilkins, que suggerien que la molècula d'ADN estava formada per una hèlix.
• Les lleis d'Edwin Chargaff, que deien que el contingut d'Adenina (A) i Timina (T) coincidia, i el de Guanina (G) i Citosina (C) també.

L'aparellament de les bases (A-T i C-G) suggeria un possible mecanisme per a la replicació del material genètic.

Duplicació de l'ADN

Els gens es copien duplicant la molècula d'ADN. Podem imaginar l'ADN com una cremallera: quan s'obre, es divideix en dues cadenes, i cada cadena servirà de motlle per generar una cadena filla idèntica a la cadena inicial. La duplicació s'aconsegueix gràcies a l'aparellament de les bases A-T i C-G.

Síntesi de Proteïnes i Codi Genètic

La funció principal de l'ADN és portar informació genètica per a la síntesi de les proteïnes. Les proteïnes són molècules formades per aminoàcids, són molt diverses i realitzen funcions essencials (regular, transportar, defensar...). La nostra composició proteica depèn del nostre ADN.

El codi genètic és el conjunt d'instruccions que serveixen per fabricar les proteïnes a partir de la seqüència dels nucleòtids que formen l'ADN. Aquest codi determina que cada grup de tres nucleòtids (codó) codifica un aminoàcid. Aquest codi és el mateix per a tots els organismes vius.

La generació de còpies inexactes (mutacions) és la base de l'evolució, ja que aporta variabilitat. Els éssers vius actuals som el resultat de l'acumulació selectiva d'una infinitat de mutacions.

El Dogma Central de la Biologia Molecular

El dogma central estableix els fluxos permesos de la informació hereditària: s'emmagatzema a l'ADN i s'utilitza per sintetitzar les proteïnes (i no a l'inrevés). Això s'acompleix tant en cèl·lules eucariotes com en bacteris.

La síntesi de proteïnes té lloc als ribosomes, que es troben al citoplasma cel·lular, fora del nucli. L'ADN, localitzat dins del nucli, no pot dirigir la síntesi de proteïnes de forma directa. L'ARN (Àcid Ribonucleic) hi està implicat:

1. L'ADN del nucli transcriu el missatge codificat a l'ARN missatger (ARNm).
2. En les cèl·lules eucariotes, l'ARNm surt del nucli i arriba al ribosoma.
3. L'ARN de transferència (ARNt) selecciona un aminoàcid específic per a cada grup de 3 nucleòtids de l'ARNm, formant una cadena d'aminoàcids (proteïna).

Genòmica i Proteòmica

El genoma d'un organisme és el conjunt de tota la seva informació genètica. El 2003 es va publicar la seqüència del genoma humà.

Components de l'ADN Genòmic

• Exons: Porcions d'ADN dins d'un gen que codifiquen proteïnes.
• Introns: Porcions d'ADN dins d'un gen que no es fan servir en la síntesi proteica.
• ADN Escombraria: No pertany a cap gen i constitueix la major part del genoma, tot i que encara no se sap la seva funció.

La dimensió del genoma no es correlaciona amb la complexitat de l'organisme que genera. Els organismes amb més gens/nucleòtids no són necessàriament més complexos.

• Genòmica: Part de la biologia que s'encarrega de l'estudi dels genomes. S'utilitza en l'estudi de patologies complexes (càncer, alcoholisme) determinades per l'acció conjunta d'equips de gens.
• Proteòmica: S'encarrega d'estudiar totes les proteïnes codificades pel genoma. Es produeix la paradoxa que el nombre de proteïnes codificades s'estima molt superior al nombre de gens, ja que alguns gens codifiquen més d'una proteïna.